CN102195056A - 带金属氢化物储氢单元的燃料电池便携式手提电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带金属氢化物储氢单元的便携式手提电源。该电源包括一个质子交换膜燃料电池组，两个散热风扇，一个储氢瓶组，一块控制器，一个空气泵和一个外置增湿器。储氢瓶组采用金属氢化物储氢，其放氢时需要吸热，本电源的特点是其中金属氢化物储氢瓶组为燃料电池堆提供氢源，而燃料电池堆产生的热量输送给金属氢化物储氢瓶组，储氢瓶组放置在燃料电池组的上方，使得燃料电池工作中产生的热量通过散热风扇吹到储氢瓶组，为储氢瓶组放氢时吸热所用。另外加置控制器，用来控制散热风扇和温度传感器。与现有技术相比，本发明充分利用装置本身的结构来传递热量，减少热量损失，达到节能减排的作用，实现能量的循环和充分利用。

Description

带金属氢化物储氢单元的燃料电池便携式手提电源

技术领域：

本发明涉及一种便携式手提电源，特别涉及一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种功率密度大，工作温度低，高效，低污染的绿色能源装置。利用氢气作为燃料与纯氧或空气分别在电池的两极发生氧化还原反应，电子通过外电路进行定向流动，从而给负载提供直流电。其反应产物主要是水，环境友好；而且燃料电池工作过程中主要是按电化学方式直接将化学能转变为电能，能量转化效率高；正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的研究和开发备受各国政府和大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。

燃料电池工作时所需的原料包括氢气和氧气，氧气以空气通过空气泵输入，氢气则预先装在一定的储氢装置中，以供使用。燃料电池工作时发生电化学反应，反应过程中会产生一定的热量，因此要对这些产生的热量进行管理。电池组的热管理包括：(1)排出电池组废热，防止电池组内呈现热点而损坏电池组，保证电池组稳定恒温运行；(2)有效利用排出电池组的废热，提高燃料电池利用率。由于燃料电池能量转化效率一般在40％～60％之间，因此为保持电池组恒温运行必须排出60％～40％热量，否则电池工作温度将爬升。

氢气的贮存与输送是氢能利用中的重要环节。由于氢的易燃性、易扩散性和重量轻，因此其贮存与输送中的安全、高效和无泄漏损失是人们在实际应用中优先考虑的问题。氢的储存有多种形式，工业实际应用中大致有五种贮氢方法：(1)常压贮存；(2)高压容器；(3)液氢贮存；(4)金属氢化物方式；(5)吸附贮存。其中传统的贮存方式存在体积储氢密度低，对使用容器性能要求高，存在爆炸危险等缺陷；而金属氢化物储氢具有体积比储氢密度高，平衡压力低，使用安全等优点，可同时用于工业和民用，从而使氢能走进我们的日常生活。与传统储氢技术相比，金属氢化物储氢的优点是储氢密度大，安全性好，没有爆炸危险，不需要高压容器和隔热容器，操作简单方便，可以设计成固定式或者移动式，移动式储氢合金重量轻，安装携带方便，因此成为小型便携式备用电源的首选储氢方法。

近年来发展了金属氢化物(如LaNi₅)储氢，这类合金可在一定条件下吸收氢生成金属氢化物，而在一定的温度与压力下，又能将吸收的氢释放出来。其主要优点是储氢密度高，而且充氢压力也比较低，相对高压钢瓶储氢消耗能量较少。因此金属氢化物储氢特别适合于小功率便携式燃料电池。现有的金属氢化物储氢装置，内部填充有金属氢化物储氢材料，当金属氢化物储氢材料吸氢时，其晶胞体积变大，放出热量，而放氢时晶胞体积收缩，吸收热量。

随着燃料电池的应用范围的扩大，以及燃料电池技术方面的完善，人们越来越关心其实用性和可操作性。对于小功率便携式电源，为减小其空间体积，方便携带，不可能设置很多附属设备，但又要保证其稳定运行，因此对其现有设备进行结构改进成为必要。

发明内容：

本发明克服了某些燃料电池备用电源的技术缺陷，采用金属氢化物储氢，选用的材料是一种具有可逆储氢性能的金属化合物，氢与这种金属化合物可以进行可逆反应，当外界有热量加给时，金属氢化物就分解为金属相并放出氢气；反之，氢和金属构成氢化物时，氢就以固态结合形式储于其中。

本发明的目的是提供一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源。为节省能耗，增加储氢密度，故采用金属氢化物储氢，储氢材料释放氢气时需要吸收热量，本发明将燃料电池堆产生的热量输送给金属氢化物储氢瓶组，实现能量合理有效的循环、充分利用。

本发明采用如下技术方案：一种带金属氢化物储氢单元的便携式手提电源结构，包括一燃料电池组，此燃料电池组由多组电池单元组成。燃料电池组上方设置两散热风扇及一温度传感器。

燃料电池组空气进口处连接一增湿器，空气经由空气泵进入增湿器与燃料电池出口处反应后的气体进行增湿换热，达到一定湿度和温度后进入燃料电池组与氢气进行反应。燃料电池组输出功率为50W～50KW.

控制器这里主要用来控制散热风扇和温度传感器，散热风扇将燃料电池产生的热量输送到上方储氢瓶组的同时，降低了燃料电池本身的温度。但燃料电池工作温度需保持在40℃～60℃之间，因此燃料电池组上方放置温度传感器，感应到燃料电池组内部温度，并上传信号到控制器中，通过控制器来控制散热风扇的开启度，从而调节燃料电池组内部温度，使燃料电池保持在稳定状态下工作。

氢气由储氢瓶组供应，储氢瓶组由若干个储氢瓶构成，每个储氢瓶内装金属合金，利用金属合金在一定条件下吸氢，另一条件下放氢的特性来进行储氢，其储氢容量范围为100L～2000L。储氢瓶组放置在燃料电池组上方，利用散热风扇将燃料电池工作时产生的热量输送到上方储氢瓶组，以便储氢瓶组放氢时吸热所需。所述的储氢瓶组设置在燃料电池组的上方，燃料电池组与其他部件集成为一体，而储氢瓶组自成一体。这样做方便储氢瓶组进行加氢，待储氢瓶组内氢气达到一定容量后，再通过其外壳上的凹槽嵌到燃料电池堆外壳上，使其两者成为一体，方便携带。

附图说明：

图1为本发明带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源的结构示意图。

图中，1-质子交换膜燃料电池堆，2-散热风扇组，3-金属氢化物储氢瓶组，4-温度传感器，5-控制器，6-增湿器。7-空气泵。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，空气经由空气泵(7)通过管线(8)进入增湿器(6)，与燃料电池出口废气(管线9)进行换热增湿后通过管线(10)进入燃料电池(1)作为发电所需氧化剂，燃料电池所需燃料氢气事先储存在储氢瓶中，若干储氢瓶组成储氢瓶组，燃料电池工作时，储氢瓶组放氢，氢气通过管线11进入燃料电池，与增湿来的空气进行电化学反应，产生的废水进入增湿器(管线9)，燃料电池氢气出口(管线12)和增湿器出口废气(管线13)最终合并为一体集中排出。

燃料电池组(1)上方设置温度传感器(4)，用来检测燃料电池组内部温度，温度传感器上传信号到控制器(5)(控制线路14)，控制器控制散热风扇组(2)的开启度，用来将燃料电池产生的热量及时移走，保证燃料电池在正常条件下工作。被移走的热量通过散热风扇输送到上方储氢瓶组(3)，供储氢瓶组放氢时吸热所用，这样既保证了燃料电池内部的稳定工作，又能够有效利用热能。另外，燃料电池组、控制器、空气泵、增湿器设计成一整体，集成在一起；储氢瓶组另成一体，目的为了方便加氢，然后将两部分通过连接部件连接到一起，使之成为一整体，方便携带。

Claims (8)

1.一种带金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其结构包括燃料电池组(1)，散热风扇组(2)，储氢瓶组(3)，温度传感器(4)，控制器(5)，增湿器(6)，空气泵(7)，其特征在于采用金属氢化物储氢，并且利用燃料电池工作中产生的热量加热储氢瓶组。

2.根据权利要求1所述的一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其特征在于：所述的金属氢化物储氢装置是一种带有安全保护结构的金属氢化物储氢装置。

3.根据权利要求2所述的一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其特征在于：储氢单元采用金属氢化物储氢，整个储氢单元由若干个储氢瓶所组成，瓶组内装填储氢合金，其储氢容量范围为100L～2000L，氢气的释放流量为0.5L/min～50L/min。

4.根据权利要求1所述的一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其特征在于：所述的燃料电池组采用质子交换膜燃料电池电堆，其输出功率为50W～50KW。

5.根据权利要求1所述的一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其特征在于：所述的质子交换膜燃料电池组上方设置散热风扇，散热风扇旁设置温度传感器。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆与金属氢化物储氢装置的连用系统，其特征在于：通过风扇组向金属氢化物储氢装置吹的热风的温度范围在室温～80℃。

7.根据权利要求1所述的一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其特征在于：带有控制器，本结构中控制器主要用来连接散热风扇和温度传感器。

8.根据权利要求1所述的一种带有金属氢化物储氢单元的便携式手提电源，其特征在于：燃料电池组与金属氢化物储氢单元之间设计成分体组合式结构。